宇(yǔ)宙是“人(rén)为(wèi)制造”的？为何会存(cún)在科学无(wú)法解释的“暗(àn)物(wù)质”？暗(àn)物质又(yòu)究竟是(shì)什(shén)么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在(zài)的证据，科学(xué)家们在过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超(chāo)过50次的长(zhǎng)期实验，但是(shì)却(què)没有发(fā)现任何的(de)有效(xiào)证据。除了一个(gè)地方，在1687年出(chū)版(bǎn)的自然哲(zhé)学数学原理一书中，埃(āi)萨克牛顿发表了万有引力定律，它揭示了(le)宇宙中天体运(yùn)动(dòng)的规律。往后(hòu)的几百年来，当天(tiān)文学家们发(fā)现某些天体运行轨道出现异常(cháng)，不(bù)符合万有引力定律的时候(hòu)，他们就会(huì)知道，周围(wéi)一定(dìng)有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力(lì)在摄动它(tā)的轨道。比(bǐ)如在1846年，奥本(běn)勒维(wéi)耶就通过天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发(fā)现了(le)海王星的存在。另外，哈雷(léi)彗星、冥王星的发(fā)现都是应用万(wàn)有引(yǐn)力(lì)定律所(suǒ)取得重大天文(wén)成(chéng)就的例子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中，可当(dāng)我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开始变得诡异了。

1933年，瑞(ruì)士的物理学(xué)家弗里(lǐ)茨兹威基正在研究和测(cè)量后发星系团的质量。这是一(yī)个由数千个星系所组成的巨大星系团(tuán)，这些星系被引(yǐn)力束缚(fù)在(zài)一起。测量星系(xì)团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种(zhǒng)方(fāng)法，当两种方法结果(guǒ)一(yī)致，就可以确定其质量(liàng)的范围。

第一种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需(xū)要的数据是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种(zhǒng)是动力学质量的(de)计算，是利用光(guāng)谱(pǔ)红移测量星系团中的各个星系相(xiāng)对于星系团的(de)运动速度。当测量结果出来之(zhī)后(hòu)，兹(zī)威基彻底懵了(le)，“动力学质(zhì)量”竟然是“光度学质量”的400倍(bèi)。这意味着，后(hòu)发座(zuò)星系团有99%的质量消失了，或者(zhě)说这99%的(de)质量并不以可见光(guāng)的(de)形式所存在(zài)，我们无法看到(dào)。最诡异的是，在测(cè)量(liàng)速(sù)度(dù)的过程中，兹(zī)威基发现星系团中很多星系的速度比理(lǐ)论上要快得多(duō)，按照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠(kào)这(zhè)些可见(jiàn)星系的质量所产生(shēng)的引力是无法将它们束(shù)缚在星系团内(nèi)的，它们早就(jiù)应该被抛出星系团之(zhī)外了，除(chú)非有一种神秘的力(lì)量在起(qǐ)作用，这(zhè)种力量来源于某种(zhǒng)隐形的物质。

据此，兹维基提(tí)出了(le)这(zhè)样部分不可见的暗质，它不发散光、吸(xī)光、反(fǎn)射(shè)光，但是它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只(zhǐ)是当时的(de)人们(men)对这样的一种说法不屑(xiè)一顾。

直到40年(nián)之后，“暗物(wù)质(zhì)”这个(gè)词才再一次出现(xiàn)。天文学(xué)家(jiā)维拉鲁宾(bīn)和(hé)肯(kěn)特福特在(zài)观测仙女座星(xīng)系(xì)中的(de)恒星运(yùn)动。理论上来说，距离中心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就(jiù)会越慢。但是他们观测的结果却让人感(gǎn)到不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星(xīng)的旋转(zhuǎn)速度几乎保(bǎo)持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引力定律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来(lái)吸引它们，这(zhè)些外围的(de)恒星早就被甩到宇宙当中了。基于这种现象(xiàng)，科(kē)学家们会使用一种相对标准的方法来解释暗物质的存(cún)在，这种方法就(jiù)是测量星系(xì)当中气体在(zài)X轴上距离(lí)星(xīng)系(xì)中(zhōng)心的距离，以及在Y轴(zhóu)上(shàng)气(qì)体的(de)旋转速(sù)度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就(jiù)认为是由暗物(wù)质的力量进入其(qí)中。

于是科(kē)学(xué)家们通过射电(diàn)望(wàng)远镜测(cè)量(liàng)了距离星(xīng)系中心更远距离的氢元素，发(fā)现(xiàn)它们的旋转速度并不符合牛顿的(de)力(lì)学定律。我们(men)的太(tài)阳系也不例外，太阳系位于(yú)银河(hé)系(xì)的第(dì)三悬臂之(zhī)上，距离银河系中心2.6万光年，根据万有引力定律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系(xì)旋转(zhuǎn)，这(zhè)个实际速(sù)度远远大于理论(lùn)速度，那么产(chǎn)生以上(shàng)这(zhè)种向心(xīn)加速度(dù)的原因很可能就是(shì)存在(zài)着一种我们看(kàn)不到的物(wù)质，是这些暗物质的引力效应将星系聚(jù)集在了一起。

也(yě)是从这时开始(shǐ)，越来越多的研(yán)究人(rén)员开始相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学家根据星系外恒星轨道的速(sù)度，估算(suàn)在星系当中暗物质的质(zhì)量占整个星系质量的85%。但是(shì)，暗物质并(bìng)不是唯一可以解释(shì)这个现象的原(yuán)因。在一项新的研究当中，科学家们(men)发(fā)现(xiàn)，几(jǐ)乎没(méi)有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会(huì)出现速(sù)度(dù)上的微小差异。另外，天文学(xué)家还发现了一个反常的星(xīng)系，叫做Agc114905。这个星系距离地球大约2.5亿光年，大(dà)小和银河系不多，但是星系当中存在的(de)恒(héng)星数量却只有银河(hé)系(xì)的(de)千(qiān)分(fēn)之一。

所以在理论上，该星系必须存(cún)在暗物质(zhì)，否则(zé)就会分崩离(lí)析。但是科(kē)学家们(men)使用(yòng)最先进的望远镜对其进行了40个小(xiǎo)时(shí)的详细测量之后，发(fā)现(xiàn)星系中的恒星运动是可以用正(zhèng)常(cháng)的物质和力学定律来解(jiě)释的。那么又有人提出，也许该星系的暗物(wù)质，已经被附近(jìn)的另(lìng)一个大星系剥离了。奇怪的是，它(tā)的附近(jìn)没有(yǒu)任何星系(xì)存在。造成这些现象(xiàng)的除了(le)暗物质(zhì)的假说之外(wài)，另(lìng)一种可能就是人类(lèi)对引力的理解还(hái)不(bù)够全面，引力很可能在不(bù)同尺度空间中的(d佳明运动手表是哪个国家的 佳明手表属于什么档次e)工作方式是不同的，这意味着在(zài)行星系尺度中的天体会(huì)沿(yán)着它们(men)的轨道，按照我们所(suǒ)理解的方式(shì)运动。但是(shì)上升到星(xīng)系(xì)和星团的(de)尺(chǐ)度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用(yòng)则是不同的方式(shì)。对于在星系(xì)团之间的相互作用，科学家还引入了外部场效应(yīng)的概(gài)念，指的是在(zài)数百万(wàn)光年的规(guī)模上，巨大的质量之间会(huì)产生对彼此(cǐ)特殊(shū)的效(xiào)果(guǒ)，这个理论叫做MOND蒙德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德理论成立，这意味着我们需要(yào)对现在的(de)物理(lǐ)定律(lǜ)进行修正(zhèng)，这些发现也让很多人认为暗物质假说(shuō)理论就此终结。但是在宇宙当中还有关于(yú)暗物质存在的其(qí)他的理论证据，这些(xiē)理论证据是蒙德(dé)理论所没(méi)法解(jiě)释(shì)的“引力(lì)透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星系团，由两个碰撞的星系团所(suǒ)组(zǔ)成，类似(shì)这样(yàng)的(de)星团，它们大部分的普通质量(liàng)都在(zài)星系(xì)的气体当中。当星团(tuán)以1000万(wàn)公里/小(xiǎo)时发(fā)生(shēng)碰撞的时(shí)候，星际气体的(de)相互作用就会导致温(wēn)度的(de)急剧(jù)升(shēng)高(gāo)，速度大幅降低。所以在(zài)理论上，在碰撞之后(hòu)，子(zi)弹星系(xì)团大部分(fēn)的(de)质量(liàng)将位于所有这些(xiē)气体(tǐ)所在的中间区(qū)域。那么我们通过什么(me)来验证它的质(zhì)量区域(yù)到(dào)底(dǐ)是(shì)不是集(jí)中在(zài)中间呢？前不久，詹姆斯韦(wéi)伯(bó)太空(kōng)望远镜(jìng)传(chuán)回了宇宙当中第一张全(quán)彩的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可(kě)以(yǐ)明显地看到很多(duō)星系似乎被拉伸产生(shēng)了巨大的形(xíng)变(biàn)。其实这些星系本身(shēn)并不是真的被扭曲了，也不是韦(wéi)伯(bó)望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球(qiú)上(shàng)的观(guān)测者之间。被一(yī)个(gè)质量超(chāo)级巨大的天体遮(zhē)挡，这个超大质量(liàng)的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥远星系的光都发生了扭曲(qū)。这个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨大(dà)的天体可能是超大质量(liàng)的黑洞或者是暗(àn)物质(zhì)。

所以当(dāng)人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现(xiàn)它的大质量区(qū)域并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法(fǎ)就是当星团发(fā)生全部的碰撞(zhuàng)时(shí)，可(kě)被观测(cè)到的质量气体被(bèi)卡(kǎ)在(zài)了中间，暗物质则直接通(tōng)过了(le)这个区域(yù)，并(bìng)在两边形成了(le)引力(lì)透镜。对子弹星系团的(de)引力(lì)透镜研(yán)究也被(bèi)认(rèn)为是暗物质存在的迄今(jīn)为止最(zuì)好的理论证据。

除此之外，还有来(lái)自宇宙当(dāng)中最古老(lǎo)的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终于(yú)可以畅通无阻地(dì)穿越在宇宙(zhòu)当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上(shàng)留下了各相同(tóng)性(xìng)的微波辐射。其中(zhōng)红色的(de)部分表(biǎo)示温度较高的区域(yù)，蓝色则表示相对较冷的区域，但(dàn)实(shí)际上它们之间的温差(chà)只有(yǒu)万分之一。

科(kē)学家们通(tōng)过对前景(jǐng)背景分离后的二值(zhí)图像进行连通域提取(qǔ)和标记之后(hòu)发现，如(rú)果宇宙当中没有暗物质(zhì)，图(tú)形看(kàn)起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增(zēng)加，一些峰值(zhí)的幅度会(huì)减小，才变得看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配(pèi)宇宙微波(bō)背(bèi)景辐(fú)射的测量值，我们需要(yào)的暗物(wù)质大(dà)约是普通物(wù)质的5倍。这(zhè)个数字(zì)与(yǔ)解释(shì)星系(xì)当中恒(héng)星运动(dòng)所(suǒ)需(xū)要的暗物质比例是一佳明运动手表是哪个国家的 佳明手表属于什么档次致的。这就(jiù)意味着(zhe)。

用了一(yī)个简单的理论框(kuāng)架，就很好地(dì)解(jiě)释(shì)了很多不同的观测(cè)结果(guǒ)。而暗物质的(de)本质就是宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任何其他的电磁作用，只(zhǐ)通过引力来相(xiāng)互作用。所以如果能够找到这种粒子的(de)存在，就相当(dāng)于找到了(le)暗物质存在的实(shí)际证据。这种(zhǒng)粒子到(dào)底是什么(me)？科(kē)学家(jiā)们已经提出了数(shù)十种的假想目标，而要寻找这些不同的(de)目标粒子所需(xū)要的实(shí)验方式也不相同。在过去的(de)几十(shí)年当(dāng)中(zhōng)，人类为了寻找(zhǎo)这些看不见(jiàn)、摸不到，几乎不(bù)会(huì)与常规物质(zhì)相互作用的“暗物质”，科(kē)学家(jiā)们(men)已经进(jìn)行了超过50次(cì)的实验，却没有任何(hé)实(shí)质性的发现，除了一个地(dì)方(fāng)，意大利的格兰(lán)萨索山，隶属于阿尔卑斯山(shān)脉(mài)。

在山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏着(zhe)地球(qiú)上最(zuì)大的(de)地学实验室，这(zhè)个(gè)实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测(cè)器，一(yī)直致力于寻找暗物质粒子的(de)周(zhōu)期性震荡。

自1997年(nián)以来(lái)，这里的科(kē)学家声称(chēng)观(guān)测到了某(mǒu)种信号。经过了20多年的数据收集，人(rén)们(men)发现了一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会在(zài)每年的(de)6月份达到峰值，然(rán)后在11月降(jiàng)到(dào)最低，而且在20年当中每年(nián)都是一样(yàng)。一些科学家认(rèn)为这可能是人(rén)类(lèi)发(fā)现暗物质的第一个直接(jiē)证据。

但是(shì)为什么暗物(wù)质会产(chǎn)生周(zhōu)期性的年度信号(hào)呢？刚才我们讲(jiǎng)了太阳系正在以220公里/秒的速度围绕(rào)着银河系进(jìn)行移(yí)动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙当中(zhōng)，这意味(wèi)着我们也在以(yǐ)这样的速(sù)度在(zài)穿越着暗物质流，这个过程中会(huì)产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以(yǐ)30公里/秒(miǎo)的速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年(nián)的时(shí)间，地球围绕太阳(yáng)的方向与(yǔ)太(tài)阳环绕银河系(xì)的(de)方(fāng)向是一致(zhì)的，而另(lìng)外半年则(zé)与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时(shí)候，地球与(yǔ)太阳的方向正好(hǎo)达到完(wán)全一致，这是理论上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最(zuì)慢值。尽(jǐn)管(guǎn)在实际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相对银河系的平面(miàn)呈现(xiàn)了60度的倾(qīng)斜，但(dàn)是这并(bìng)不(bù)影响这个理论(lùn)的有效性(xìng)。

因此科学家认(rèn)为这可以用来解释(shì)，研(yán)究人(rén)员(yuán)们所观测到的(de)周期性信号。当然也可能有其他的情(qíng)况(kuàng)，造成(chéng)这种年(nián)度(dù)周期信号(hào)的(de)差异也可能是温(wēn)度、湿度、土壤中的水分、高山上的积雪(xuě)，甚至连意大利(lì)游客的数(shù)量也符合(hé)这(zhè)个周期的规律。

所以，科(kē)学家们又在南半球建(jiàn)立了(le)一个几乎相同的实验(yàn)室(shì)，这里的(de)季节与之前的实验室正好(hǎo)相(xiāng)反，而在这里，地球穿过暗物(wù)质流的运动特征和第(dì)一个(gè)实验(yàn)室是一样的。

因此，如果在这里可(kě)以得(dé)到相同(tóng)的(de)信号，就可以成为暗物质所存在的非(fēi)常有力的证据了。但是由于这个(gè)实验(yàn)室(shì)刚刚建成不(bù)久，所以截(jié)至目前还(hái)无法提供相应(yīng)的数据(jù)支持。另外，在2025年(nián)，NASA将会发射一台新(xīn)的望(wàng)远镜，这(zhè)台太空(kōng)望远(yuǎn)镜叫(jiào)做“南希(xī)格雷斯(sī)罗(luó)曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃(bó)望远镜相(xiāng)同，但它的宽视场仪(yí)器(qì)提供的视野是哈(hā)勃红外仪器的100倍。南希格雷(léi)斯罗曼(màn)太空望(wàng)远镜(jìng)其中一(yī)个关(guān)键的用途就是探(tàn)索暗物质背后的奥秘，对于探测的结果，我们只能拭目以待(dài)了。费米(mǐ)实验室(shì)粒子天(tiān)体物理中心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾(jiǎ)森斯特芬研(yán)究发现(xiàn)，如果暗物质存在，它们(men)极有可能拥有另一种神秘的效应(yīng)，这种(zhǒng)暗物质效(xiào)应，会支(zhī)持宇宙当中生命(mìng)的诞生，或(huò)者说是生命进(jìn)化的一个重要因素。

如果这一理论得(dé)到(dào)进一步的证(zhèng)实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会(huì)不会意味着人类并(bìng)不孤(gū)单(dān)呢？或许(xǔ)在宇宙当中某个(gè)角落的行星(xīng)上(shàng)，暗(àn)物质正在通过这(zhè)样的效应创造生命。当然，这些(xiē)推论的(de)大前提是(shì)要(yào)先找(zhǎo)到暗物(wù)质存在的实际证(zhèng)据。那么小伙伴们，你们(men)觉得暗物质到底存不(bù)存(cún)在呢？喜欢请(qǐng)点赞，你的支持是我更新的动力！

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